化學 1 化學反應與能量變化 微型2 原電池與電解 蘇教版選修4

微型專題2原電池與電解專題1 化學反應與能量變化學習目標定位1.會判斷原電池的正、負極。2.會正確書寫原電池的電極反應式。3.會正確區(qū)分判斷原電池和電解池。4.熟知電解的規(guī)律及其應用。一、原電池原理及其應用 1.原電池的構成及正、負極判斷原電池的構成及正、負極判斷例例1將鎂條和鋁條平行插入一定濃度的氫氧化鈉溶液中，用導線連接形成原電池。下列有關該裝置的敘述正確的是A.因鎂比鋁活潑，故鎂是原電池的負極，鋁為正極B.鋁條表面雖有氧化膜，但可不必處理C.該電池的內(nèi)、外電路中，電流均由電子定向移動形成D.鋁是電池的負極，工作時溶液中會立即有白色沉淀生成答案解析解析解析判斷原電池的正、負極時只考慮兩極的活潑性，沒有注意電極能否與電解質(zhì)溶液反應，易錯選A。A項，因Al易與NaOH溶液反應，Al失電子，鋁為負極；B項，Al2O3能與NaOH溶液反應，故不必處理；C項，內(nèi)電路靠陰、陽離子的定向移動形成電流；D項，電池剛開始工作時NaOH過量，故Al反應后在溶液中是以 形式存在的，而無沉淀。易錯辨析判斷原電池的正、負極，不能單純看金屬的活潑性，還要考慮電解質(zhì)溶液的性質(zhì)，同樣的電極在不同的電解質(zhì)溶液中顯現(xiàn)出不同的性質(zhì)。如本題的鎂、鋁電極，在酸性溶液中，鎂是負極，而在氫氧化鈉溶液中，鋁是負極，鎂是正極；又如鐵、銅電極在鹽酸中，鐵是負極，銅是正極，而在濃硝酸中，鐵是正極，銅是負極。答案解析2.正確書寫或判斷電極反應式正確書寫或判斷電極反應式例例2燃料電池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧氣(或空氣)反應將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置。下面關于甲烷燃料電池(KOH溶液為電解質(zhì)溶液)的說法正確的是A.負極的電極反應式為O22H2O4e=4OHB.負極的電極反應式為CH48OH8e=CO26H2OC.隨著放電的進行，溶液的pH值不變D.放電時溶液中的OH向負極移動解析解析由于正、負極不分，易錯選A；不考慮介質(zhì)的堿性條件，誤認為甲烷在負極反應生成CO2，易錯選B。燃料在負極上失電子發(fā)生氧化反應，甲烷燃燒能生成二氧化碳和水，二氧化碳和氫氧化鉀反應生成碳酸鉀，所以負極的電極反應式為CH410OH8e= 7H2O，A、B 項錯誤；該電池的總反應為CH42O22KOH=K2CO33H2O，故隨著放電的進行，溶液的堿性逐漸減弱，C項錯誤；放電時，OH向負極移動，D項正確。易錯警示在書寫原電池電極反應式或判斷其正誤時，一要看清正、負極，二要注意電解質(zhì)溶液的性質(zhì)對電極產(chǎn)物的影響。答案解析3.原電池原理多角度的考查原電池原理多角度的考查例例3熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結構如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiClKCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應為PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。下列有關說法正確的是A.正極反應式：Ca2Cl2e=CaCl2B.放電過程中，Li向負極移動C.每轉移0.1 mol電子，理論上生成20.7 g PbD.常溫下，在正、負極間接上電流計，指針不偏轉解析解析正極發(fā)生還原反應，故為PbSO42e=Pb A項錯誤；放電過程為原電池，故陽離子向正極移動，B項錯誤；每轉移0.1 mol電子，生成0.05 mol Pb為10.35 g，C項錯誤；常溫下，電解質(zhì)不能熔化，不能形成原電池，故指針不偏轉，D項正確。解題指導本題從多角度考查原電池的原理：(1)判斷電極反應類型，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應；(2)判斷離子遷移方向，電解質(zhì)溶液中陰離子移向負極，陽離子移向正極；(3)判斷電子流向，電子從負極流出經(jīng)外電路流向正極；(4)電極反應式的正誤判斷，要特別注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應。 教師用書獨具相關鏈接相關鏈接1.圖解原電池正、負極的判斷方法圖解原電池正、負極的判斷方法特別提示特別提示判斷一個原電池中的正、負極，最根本的方法是失電子(發(fā)生氧化反應)的一極是負極，得電子(發(fā)生還原反應)的一極是正極。如果給出一個化學方程式判斷正、負極，可以直接根據(jù)化合價的升降來判斷，化合價升高、發(fā)生氧化反應的一極為負極，化合價降低、發(fā)生還原反應的一極為正極。常見電池負極反應特點負極反應式書寫方法鋅錳干電池(Zn|NH4Cl|C)負極(Zn)本身失去電子生成陽離子(Zn2) 生成的陽離子不與電解質(zhì)溶液成分反應直接寫出負極反應式：Zn2e=Zn22.根據(jù)裝置書寫原電池的電極反應式根據(jù)裝置書寫原電池的電極反應式(1)先分析題目給定的圖示裝置，確定原電池正、負極上的反應物，并標出相同數(shù)目電子的得失。(2)負極反應式的書寫鉛蓄電池(Pb|H2SO4|PbO2)負極(Pb)本身失去電子生成陽離子(Pb2) 生成的陽離子(Pb2)與電解質(zhì)溶液成分 反應將和進行疊加：Pb2e =PbSO4甲烷燃料電池(Pt|KOH|Pt)負極本身不反應，燃料失去電子被氧化燃料反應產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液成分有些能反應將和進行疊加：CH48e10OH= 7H2O(3)正極反應式的書寫首先判斷在正極發(fā)生反應的物質(zhì)：當負極材料與電解質(zhì)溶液能自發(fā)的發(fā)生化學反應時，在正極上發(fā)生電極反應的物質(zhì)是電解質(zhì)溶液中的某種微粒；當負極材料與電解質(zhì)溶液不能自發(fā)的發(fā)生化學反應時，在正極上發(fā)生反應的物質(zhì)是溶解在電解質(zhì)溶液中的O2。然后再根據(jù)具體情況寫出正極反應式，在書寫時也要考慮正極反應產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應的問題，若參與反應也要書寫疊加式。燃料電池的正極反應式電解質(zhì)是堿性或中性溶液：O22H2O4e=4OH，電解質(zhì)是酸性溶液：O24H4e=2H2O。 (4)正、負電極反應式相加得到電池反應的總反應方程式。3.根據(jù)總反應式書寫原電池的電極反應式根據(jù)總反應式書寫原電池的電極反應式如果題目給定的是總反應式，可分析此反應中的氧化反應或還原反應(即分析有關元素的化合價變化情況)，再選擇一個簡單變化情況寫電極反應式，另一極的電極反應式可直接寫或?qū)⒏鞣磻娇醋鲾?shù)學中的代數(shù)式，用總反應式減去已寫出的電極反應式即得結果。以2H2O2=2H2O為例，當電解質(zhì)溶液為KOH溶液時的電極反應式的書寫步驟如下： (1)根據(jù)總反應方程式分析有關元素化合價的變化情況，確定2 mol H2失掉4 mol電子，初步確定負極反應式為2H24e=4H。(2)根據(jù)電解質(zhì)溶液為堿性，與H不能大量共存，反應生成水，推出OH應寫入負極反應式中，故負極反應式為2H24OH4e=4H2O。(3)用總反應式2H2O2=2H2O減去負極反應式得正極反應式：2H2OO24e=4OH。 二、電解原理及其應用1.電解問題的分析與判斷電解問題的分析與判斷例例4近年來，加“碘”食鹽中添加較多的是碘酸鉀(KIO3)，碘酸鉀在工業(yè)上可用電解法制取。以石墨和不銹鋼為電極材料，以KI溶液為電解液，在一定條件下進行電解，反應的化學方程式為KI3H2O KIO33H2。下列有關說法不正確的是A.轉移3 mol電子，理論上可制得107 g KIO3B.電解時，石墨作陽極，不銹鋼作陰極C.陽極的電極反應式為I3H2O6e= 6HD.電解過程中，電解液的pH減小答案解析解析解析根據(jù)電解的總反應方程式可知，轉移6 mol電子，生成1 mol碘酸鉀，則轉移3 mol電子，理論上可得到0.5 mol(即107 g)KIO3，A項正確；根據(jù)電解的總反應方程式可知，陽極應為惰性電極，所以電解時石墨作陽極，不銹鋼作陰極，B項正確；電解時，陽極發(fā)生氧化反應，電極反應式為I3H2O6e= 6H，C項正確；根據(jù)電解的總反應方程式可知，電解過程中電解液的pH基本不變，D項錯誤。 規(guī)律方法解答電解問題的五步分析法解答電解問題的五步分析法第一步：看。先看清楚電極材料，對于惰性電極如石墨、鉑等，不參與陽極的氧化反應；對于銅、銀等活潑電極，陽極參與電極反應。第二步：離。寫出溶液中所有的電離方程式，包括水的電離方程式。第三步：分。將離子分成陽離子組、陰離子組，陽離子向陰極遷移，陰離子向陽極遷移。第四步：寫。按發(fā)生還原反應、氧化反應的順序?qū)懗鲭姌O反應式。陽極發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應。第五步：析。根據(jù)電極反應式分析電極、電解質(zhì)溶液的變化，并進行有關問題的解答。 2.陽極材料對電解結果的影響陽極材料對電解結果的影響例例5以等質(zhì)量的鉑棒和銅棒作電極，電解硫酸銅溶液，通電一段時間后，其中一極增加質(zhì)量為a g，此時兩極的質(zhì)量差為答案解析A. B.C. D.解析解析題中只是給出“以等質(zhì)量的鉑棒和銅棒作電極”，應有兩種可能：如果Cu作陰極，Pt作陽極，本實驗為電解硫酸銅溶液，Cu棒增重，而Pt棒的質(zhì)量不變，因此二者的質(zhì)量差為a g。如果Cu作陽極，Cu是活潑電極，Cu棒本身參與反應，即Cu2e=Cu2，因此Cu極減重；Pt作陰極，此時溶液中的Cu2被還原而使陰極增重，即Cu22e=Cu，綜合兩極情況后，可得出陰極增加質(zhì)量的數(shù)值應等于陽極銅棒失重的數(shù)值，因此兩極質(zhì)量相差2a g。易錯警示(1)解決電解池的有關問題，首先要注意兩電極材料是否是活潑性電極。(2)如果陽極是活潑性電極則電極本身失電子而溶解，溶液中的陰離子不放電。(3)如果陽極是惰性電極，則陽極不參加反應而溶液中的陰離子放電。解析解析由題意可知，b電極為陰極， a電極為陽極，則鐵為陰極，銅為陽極，銅電極反應式為Cu2e=Cu2。3.電解池中電極反應式的書寫電解池中電極反應式的書寫例例6如圖所示， a、b為石墨電極，通電一段時間后，b極附近顯紅色。下列說法不正確的是A.b電極反應式為2H2e=H2B.a電極反應式為2Cl2e=Cl2C.銅電極反應式為4OH4e=O22H2OD.鐵電極反應式為Cu22e=Cu答案解析規(guī)律方法“三看三看”法快速書寫電極反應式法快速書寫電極反應式(1)一看電極材料，若是(金、鉑除外)作陽極，金屬一定被氧化(注意：一般情況下，鐵失去電子被氧化為Fe2)。(2)二看電解質(zhì)是否參與電極反應。對于堿性電解質(zhì)，常用OH和H2O來配平電荷與原子數(shù)；對于酸性電解質(zhì)，常用H和H2O來配平電荷與原子數(shù)。(3)三看電解物質(zhì)狀態(tài)，若是熔融金屬氧化物或鹽，一般就是金屬冶煉。 教師用書獨具相關鏈接相關鏈接1.電解池中電極反應式的書寫規(guī)律電解池中電極反應式的書寫規(guī)律電解池中電極反應式的書寫關鍵是掌握離子的放電順序。(1)陰極與電源負極相連，得電子發(fā)生還原反應。其規(guī)律有兩個：一是電極本身不參加反應；二是電解質(zhì)溶液中氧化性強的陽離子先得電子，如AgFe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2，要注意金屬活動性順序表中鋁及鋁前面的金屬離子在溶液中不放電。(2)陽極與電源正極相連，失去電子發(fā)生氧化反應。其規(guī)律有兩個：一是若陽極為非惰性電極(除鉑、金之外的金屬作電極)，電極本身失去電子被氧化，電解質(zhì)溶液中的陰離子不參與電極反應；二是若陽極為惰性電極(鉑、金或非金屬作電極)，電解質(zhì)溶液中還原性強的陰離子失去電子被氧化，如S2IBrClOH含氧酸根。(3)特別注意：書寫電解池中電極反應式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應方程式時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。如用惰性電極電解氫氧化鈉溶液，陽極發(fā)生氧化反應，電極反應式為4OH4e=2H2OO2；陰極發(fā)生還原反應，電極反應式為4H4e=2H2，總反應式表示為2H2O 2H2O2。2.從電解的實質(zhì)理解電解質(zhì)溶液的復原從電解的實質(zhì)理解電解質(zhì)溶液的復原(1)電解質(zhì)電解后加入合適的物質(zhì)可以恢復到電解前的狀態(tài)，加入什么物質(zhì)要根據(jù)電解的情況具體判斷，關鍵要搞清楚電解的實質(zhì)。(2)判斷電解后要使電解質(zhì)溶液恢復到電解前的狀況，一般根據(jù)“出來什么、加入什么”的原則可以準確求解。(3)特別注意“鹽酸”的處理。因為“鹽酸”是HCl的水溶液，所以加入鹽酸相當于加入了HCl和水。1.串聯(lián)裝置中原電池和電解池的判斷串聯(lián)裝置中原電池和電解池的判斷例例7關于如圖所示的裝置的說法正確的是A.A池、C池是原電池，B池是電解池B.A池、B池、C池都是原電池C.A池、B池是原電池，C池是電解池D.A池是原電池，B池是電解池，C池是電鍍池三、原電池與電解池的綜合 答案解析解析解析由圖可知，A池中Zn為負極，Cu為正極；B池中C1為陽極，C2為陰極；C池中Ag為陽極，Cu為陰極，即在Cu上鍍銀。故整個裝置是用一個原電池串聯(lián)一個電解池和一個電鍍池。易錯辨析(1)不同電極的多池串聯(lián)裝置中，只有一個池是原電池，其余的池為電解池或電鍍池。(2)相對獨立的多池裝置中，有外接電源的為電解池，無外接電源的可能為原電池。2.一池二用一池二用(電鍵電鍵K控制控制)例例8利用下圖裝置進行實驗，甲、乙兩池均為1 molL1的硝酸銀溶液，A、B均為銀電極。實驗開始先閉合K1，斷開K2。一段時間后，斷開K1，閉合K2，電流計指針偏轉(銀離子濃度越大氧化性越強)。下列說法不正確的是A.閉合K1，斷開K2后，A電極增重B.閉合K1，斷開K2后，乙池溶液濃度增大C.斷開K1，閉合K2后，A電極發(fā)生氧化反應D.斷開K1，閉合K2后， 向B電極移動答案解析解析解析閉合K1，斷開K2后，該裝置為電解池，A電極為陰極：Age=Ag，B電極為陽極：Age=Ag，A電極增重；溶液中 向陽極區(qū)(乙池)移動，硝酸銀濃度增大。斷開K1，閉合K2后，電流計指針偏轉，說明形成了原電池，乙池中銀離子濃度較大，銀離子得電子發(fā)生還原反應，B電極為正極，則A電極為負極，發(fā)生氧化反應。3.新型二次電池的分析新型二次電池的分析例例9用吸附了氫氣的納米碳管等材料制作的二次電池原理如圖所示，下列說法正確的是A.充電時，陰極的電極反應為Ni(OH)2 OHe=NiO(OH)H2O答案解析B.放電時，負極的電極反應為H22e2OH=2H2OC.放電時，OH移向鎳電極D.充電時，將電池的碳電極與外電源的正極相連解析解析放電時相當于原電池，負極失去電子，氫氣在負極放電，B項正確；放電時OH等陰離子向負極移動，結合圖示電子流向可確定碳電極為負極，即OH向碳電極移動，C項錯誤；充電時相當于電解池，陰極發(fā)生還原反應，A項錯誤；充電時電池的碳電極與外電源的負極相連，D項錯誤。 規(guī)律方法新型電池“放電”“充電”時電極反應式的正誤判斷(1)新型電池放電若給出新型電池的裝置圖：先找出電池的正、負極，即找出氧化劑和還原劑；再結合電解質(zhì)確定出還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物；最后判斷相應的電極反應式的正誤。若給出新型電池的總反應式：分析總反應式中各元素化合價的變化情況，找出氧化劑及其對應的還原產(chǎn)物，還原劑及其對應的氧化產(chǎn)物，最后考慮電解質(zhì)是否參加反應，判斷電極反應式的正誤。(2)新型電池充電充電時陰極的電極反應式是該電池放電時的負極反應式的“逆反應”。充電時陽極的電極反應式是該電池放電時的正極反應式的“逆反應”。 教師用書獨具相關鏈接相關鏈接1.原電池和電解池的比較原電池和電解池的比較裝置類別原電池電解池原理使氧化還原反應中電子的轉移做定向移動，從而形成電流使電流通過電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程裝置特點將化學能轉變成電能將電能轉變成化學能實例電極名稱負極正極陰極陽極反應類型氧化反應還原反應還原反應氧化反應反應特征自發(fā)的氧化還原反應(主動)借助電流(被動)電極判斷由電極本身決定正極：流入電子負極：流出電子由外電源決定陽極：連電源正極陰極：連電源負極電子流向負極外電路正極電解池陽極電源正極電源負極電解池陰極離子移動陽離子向正極移動陰離子向負極移動陽離子向陰極移動陰離子向陽極移動2.多池串聯(lián)裝置中電池類型的判斷多池串聯(lián)裝置中電池類型的判斷(1)直接判斷非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中存在時，則其他裝置為電解池。如下圖，A為原電池，B為電解池。(2)根據(jù)電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液判斷原電池一般是兩種不同的金屬電極或一個為金屬電極，另一個以碳棒作電極；而電解池則一般都是兩個惰性電極，如兩個鉑電極或兩個碳棒。原電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液之間能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應，電解池的電極材料一般不能和電解質(zhì)溶液自發(fā)反應。如下圖中，B為原電池，A為電解池。(3)根據(jù)電極反應現(xiàn)象判斷在某些裝置中根據(jù)電極反應或反應現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類型，如圖。若C極溶解，D極上析出Cu，B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負極；甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發(fā)生還原反應，A、C極發(fā)生氧化反應。3.多池串聯(lián)裝置中的數(shù)據(jù)處理多池串聯(lián)裝置中的數(shù)據(jù)處理原電池和電解池綜合裝置的有關計算的根本依據(jù)就是電子轉移的守恒，分析時要注意兩點：串聯(lián)電路中各支路電流相等；并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。在此基礎上分析處理其他各種數(shù)據(jù)。右圖中，裝置甲是原電池，裝置乙是電解池，若電路中有0.2 mol電子轉移，則Zn溶解6.5 g，Cu電極上析出H2 2.24 L(標準狀況)，Pt電極上析出Cl2 0.1 mol，C電極上析出Cu 6.4 g。甲池中H被還原，產(chǎn)生H2，負極Zn被氧化生成ZnSO4，pH變大；乙池中是電解CuCl2溶液，電解后再加入適量CuCl2固體可使溶液復原。 本課結束